Комплексная система посадки летательных аппаратов и способ завода на посадку
Изобретение относится к радиолокационным системам посадки летательных аппаратов и может быть использовано в системах управления воздушным движением. Достигаемый технический результат - повышение безопасности полета при посадке. Упомянутая комплексная система посадки содержит посадочный радиолокатор, блок обработки информации, блок вычисления координат, наземный и бортовой видеопреобразователи, индикаторы посадки и пилота, наземный разделитель векторов курсовой и глиссадной скоростей, пилотажно-навигационный блок, бортовые формирователи векторов курсовой и глиссадной скоростей, а также двустороннюю линию передачи данных, включающую наземные и бортовые приемники, передатчики и антенные системы. На индикаторах диспетчера посадки и пилота отображается идентичная информация, включающая линии курса и глиссады и векторы курсовой и глиссадной скоростей, что позволяет осуществить замкнутый контур управления посадкой. Предлагается способ завода на посадку путем совмещения векторов курсовой и глиссадной скоростей с отметкой цели и направления их по касательной к линиям курса и глиссады, что уменьшает колебания летательного аппарата вокруг оси и увеличивает наглядность отображения. Изобретение позволяет осуществлять посадку летательных аппаратов по высшей категории сложности. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к радиолокационным системам посадки летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано в системах управления воздушным движением.
Известны комплексные системы посадки (КСП) ЛА, построенные с применением сложной авиационной техники, направленной на обеспечение высокого уровня безопасности полетов (БП). К таким КСП относится, например, система ILS (Instrument Landing System), стандартизированная международной организацией гражданской авиации (ICAO) [1] . Такая КСП содержит наземную аппаратуру, включающую посадочные (курсоглиссадные, маркерные и дальномерные) радиолокационные маяки (РМ), посадочный радиолокатор, аппаратуру обработки и отображения информации, пульт диспетчера посадки и бортовую аппаратуру, включающую пилотажно-навигационный блок с приемниками сигналов РМ, аппаратуру отображения информации, пульт пилота, при этом пульты диспетчера посадки и пилота связаны линией радиосвязи. Усовершенствованная система ILS предложена в заявке [2] и является прототипом заявляемого изобретения. КСП-прототип содержит (см. фиг. 1) наземную аппаратуру, состоящую из посадочных РМ, а также последовательно соединенных между собой клеммами "Выход"-"Вход" посадочного радиолокатора 1, блока обработки информации 2, блока вычисления координат 3, наземного видеопреобразователя 4, индикатора диспетчера посадки 5, входящего в пульт диспетчера посадки 6, бортовую аппаратуру, состоящую из последовательно соединенных между собой клеммами "Выход"-"Вход" пилотажно-навигационного блока 7, включающего приемники сигналов РМ и информационные входы, связанные с выходами бортовых датчиков, бортового видеопреобразователя 8, индикатора пилота 9, входящего в пульт пилота 10, линию радиосвязи между пультами диспетчера посадки и пилота 11, а также формирователя области безопасной скорости планирования 12, входом соединенного с дополнительным выходом пилотажно-навигационного блока, а выходом с дополнительным входом видеопреобразователя. В данной КСП на экране индикатора пилота дополнительно отображается область безопасных скоростей планирования, в которой необходимо удерживать отметку вектора скорости ЛА при заводе на посадку для того, чтобы избежать колебаний вокруг линии посадки. Последнее свойство повышает БП по сравнению с КСП ILS, стандартизированной ICAO. Однако использование достаточно совершенной и сложной авиационной техники не решает проблему БП, так как возможности совершенствования человека ограничены его физиологией и психологией [2]. Поэтому взаимодействие пилота и диспетчера посадки в системе "человек-машина" оказывается главным фактором в проблеме обеспечения БП. В этом плане упомянутые выше аналог и прототип построены неоптимально и обладают недостаточными возможностями для обеспечения БП. Существенным недостатком является то, что отображение информации при заводе на посадку на индикаторах пилота и диспетчера посадки графически неидентично, так как формирование полетной информации на индикаторе пилота осуществляется по информации, вырабатываемой бортовыми устройствами с помощью РМ, а отображение информации на индикаторе диспетчера посадки производится с помощью посадочного радиолокатора. Недавние исследования психологии восприятия зрительных образов показали [4] , что при определенной структуре графической информации наблюдается резонанс восприятия. При неидентичности отображаемой информации для диспетчера посадки и пилота имеют место различные уровни восприятия ими полетной информации, что затрудняет взаимопонимание между ними в процессе завода на посадку. Таким образом, контур управления полетом в части отображения информации, включающий диспетчера посадки и пилота, оказывается практически разомкнутым, а БП недостаточной. Использование линии радиосвязи между пилотом и диспетчером не решает проблему, так как процесс восприятия для слуховой информации является более замедленным, чем для зрительной информации. Кроме того, недостаточно эффективно предложенное в КСП-прототипе слежение за скоростью ЛА в заданных пределах, реализованное путем отображения вектора скорости в виде точечной метки внутри "окна" допустимых значений. Так как отметка самого ЛА реализуется в виде маркерной метки (риски), то упомянутое отображение вектора скорости снижает общую разрешающую способность КСП. При этом требуется раздвоение внимания пилота между метками ЛА и вектора скорости ЛА, что дополнительно усложняет процесс восприятия пилотной информации. Обратная связь между диспетчером посадки и пилотом в этом случае еще более затруднена, и контур управления полетом также практически разомкнут. Наконец, к недостаткам систем типа ILS следует отнести сложность эксплуатации, обусловленную удаленностью РМ от остальной аппаратуры. Задачей заявляемого изобретения является повышение безопасности полетов при заводе на посадку путем отображения информации на индикаторах пилота и диспетчера посадки в виде, оптимальном для их восприятия и взаимодействия, обеспечивающем эффективную обратную связь между пилотом и диспетчером посадки. Параллельно решается задача повышения эксплуатационности КСП ЛА путем локализации аппаратуры. Поставленная задача решается следующим образом. В комплексную систему посадки летательных аппаратов, содержащую наземную аппаратуру, состоящую из последовательно соединенных между собой клеммами "Выход"-"Вход" посадочного радиолокатора, блока обработки информации, блока вычисления координат, наземного видеопреобразователя, индикатора диспетчера посадки, входящего в пульт диспетчера посадки, бортовую аппаратуру, состоящую из последовательно соединенных между собой клеммами "Выход"-"Вход" пилотажно-навигационного блока, бортового видеопреобразователя, индикатора пилота, входящего в пульт пилота, а также линию радиосвязи между пультами диспетчера посадки и пилота, причем пилотажно-навигационный блок содержит информационные входы, связанные с выходами бортовых датчиков, введена двусторонняя линия передачи данных, включающая наземные приемник и передатчик, связанные между собой наземной антенной системой, и бортовые приемник и передатчик, связанные между собой бортовой антенной системой, введены бортовые формирователи векторов курсовой и глиссадной скоростей и наземный разделитель векторов курсовой и глиссадной скоростей, причем наземный и бортовой видеопреобразователи выполнены с дополнительными входами, выход блока вычисления координат одновременно подключен ко входу наземного передатчика, выход бортового приемника подключен ко входу пилотажно-навигационного блока, входы бортовых формирователей курсовой и глиссадной скоростей подключены к дополнительному выходу пилотажно-навигационного блока, выходы бортовых формирователей векторов курсовой и глиссадной скоростей подключены ко входам бортового передатчика и одновременно к дополнительным входам бортового видеопреобразователя, а выход наземного приемника через разделитель векторов курсовой и глиссадной скоростей подключен к дополнительным входам наземного видеопреобразователя. Предлагается также способ завода на посадку, использующий предложенную КСП ЛА и состоящий в том, что на курсоглиссадных индикаторах диспетчера посадки и пилота использованы идентичные развертки с изображением линий курса и глиссады, а также зон, ограниченных линиями равных отклонений от курса и глиссады. При этом летательный аппарат изображают в виде курсовых и глиссадных векторов, начало которых совпадает с центром радиолокационной отметки летательного аппарата, а направление и длина указывают соответственно на направление и величину курсовой и глиссадной скоростей, причем при удалении от зоны, ограниченной упомянутыми выше линиями равных отклонений, пилотирование производится по направлению векторов соответствующих составляющих скоростей до совмещения начала векторов с линиями равных отклонений, а далее по мере приближения к линиям курса и глиссады упомянутые векторы разворачивают в сторону точки приземления так, чтобы при совмещении начала векторов с линиями курса и глиссады упомянутые векторы были направлены в общем случае по касательной к соответствующим линиям курса и глиссады. Предлагается также вариант описанного выше способа, отличающийся тем, что на индикаторах диспетчера посадки и пилота использованы радиально-секторные развертки, при этом при приближении курсовых и глиссадных векторов к соответствующим линиям курса и глиссады эти векторы совмещают с упомянутыми линиями. В развитие упомянутого способа предложено векторы курсовой и глиссадной скоростей изображать в виде пунктирных линий масштабных меток скоростей, при этом длину упомянутых векторов выбирают в общем случае из условия


в общем случае


а при подлете к ВПП
l1,2<L,
1,2 - длины ВКС 8 и ВГС 9 соответственно;

L - расстояние от начала ВПП до точки приземления. (Так как при подлете к началу ВПП наклон линии глиссады составляет не более единиц градусов, то длину линии глиссады от начала ВПП до точки приземления также считаем равной L). Предложенный способ завода на посадку позволяет те только, как указывалось выше, сформировать замкнутый контур управления полетом, но и повысить разрешающую способность КСП ЛА по сравнению с КСП-прототипом. Совмещение отметки ЛА с вектором скорости увеличивает размер отображения ЛА при одновременном увеличении информационной емкости отображения. Это свойство проявляется с наибольшим эффектом при использовании радиально-секторной развертки (фиг.3). Ранее при использовании прямоугольной развертки разрешающая способность при посадке была существенно выше, чем при использовании радиально-секторной развертки. В первом случае размер отметки ЛА не зависит от расстояния до точки приземления, так как ее размер определяется только шириной диаграммы направленности антенны. Во втором случае размер отметки ЛА равен произведению ширины диаграммы направленности на расстояние. Таким образом, при радиально-секторной развертке размер отметки ЛА с уменьшением расстояния до точки приземления уменьшается, достигая в пределе размера светового пятна, что существенно снижает разрешающую способность. Предложенное решение, укрупняя за счет вектора скорости размер отметки ЛА, позволяет в последнем случае осуществить независимость разрешающей способности от расстояния до точки приземления. Радиально-секторная развертка становится при этом наиболее предпочтительной, так как совмещение векторов скорости с линиями курса и глиссады более наглядно, чем расположение этих векторов в виде касательных к этим линиям. Таким образом, заявляемое изобретение позволяет построить КСП ЛА и осуществить на его основе способ завода на посадку, обеспечивающие значительное повышение безопасности полетов при посадке ЛА благодаря формированию замкнутого контура управления посадкой ЛА, включающего диспетчера посадки и пилота, что в свою очередь возможно благодаря отображению информации на борту и на земле в одинаково оптимальном для их восприятия и взаимодействия виде. Кроме того, повышается эксплуатационная способность КСП ЛА, что обеспечено исключением РМ из состава КСП, удаленных от места размещения ПРЛ и диспетчерского зала. Изготовлен и прошел успешные испытания экспериментальный образец заявленного КСП. В качестве большинства узлов и блоков КСП использованы серийно-выпускаемые изделия:
ПРЛ 1 - посадочный радиолокатор типа РП 3Ф;
БОИ 2, БВК 3, НВП 4 - аппаратура первичной обработки информации типа АПОИ-С2;
пульт 6 с индикатором 5 - пульт руководителя системы посадки ВИСП-75Т;
ДЛПД 12 - телеметрический комплекс передачи информации "Орбита IV". Испытания проводились с самолетом типа СУ-21 на реализованных в нем блоках ПНБ 7, БВП 8, пультом пилота 10 и индикатором 9. БФ ВКС 19, БФ ВГС 20 и НРВ 21 реализованы методами цифровой аналоговой логики с помощью микропроцессоров серии Intel 486. Получены сравнительные данные по отношению к КСП-прототипу:
1. Скорость принятия решения пилотом и диспетчером посадки увеличена в 2,5 раза и составляет около 1,5-2 с. 2. Экспертные оценки показывают, что БП при этом увеличивается в 1,5 раза. Таким образом, предложенная новая структурная схема КСП ЛА и реализуемый на ее основе способ завода ЛА на посадку позволяют увеличить безопасность полета при посадке и осуществлять посадку по высшей категории сложности. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ
1. Авиационная радионавигация. Справочник под ред. А.А. Сосновского. М.: Транспорт, 1990, стр.151
2. Система управления полетом ЛА вдоль заданной траектории. Заявка 2752051 Франция, МПК6 G 01 С 23/00, заявл. 2.8.96; опубл. 6.2.98 г. 3. Ломов Б.Ф. и др. Образ в системе психической регуляции деятельности. М.: Наука, 1986 г. 4. Крейцер А.В., Спиваковский А.М. Синергетические аспекты анализа нечетной информации. В сб. "Синергетика и методы науки". С-Пб, "Наука", 1998 г. 5. Кузнецов А. А. и др. Эксплуатация средств управления воздушным движением. Справочник. М.: Транспорт, 1983 г., стр.28.
Формула изобретения
в общем случае


а при подлете к ВПП (взлетно-посадочной полосе)
l1,2<L,
1,2 - длины векторов курсовой и глиссадной скоростей;

L - расстояние от начала ВПП до точки приземления.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4